Компьютерра - Журнал Компьютерра №751

Физики из Стэнфордского университета научились "вырезать" отдельные фотоны почти произвольной формы с помощью обычного электронно-оптического модулятора. Такие фотоны с экзотическими волновыми функциями будут полезны не только в фундаментальных исследованиях, но и для шифрования информации, квантовой компьютерной памяти и других приложений.

Электронно-оптические модуляторы часто используются в телекоммуникационном оборудовании для кодирования информации в луче непрерывного лазера, состоящем из огромного числа фотонов. Нередко в этих устройствах применяются специальные кристаллы, которые под действием электрического поля меняют свой показатель преломления и прерывают луч. С другой стороны, в последние годы физики поднаторели в работе с отдельными фотонами, которые с точки зрения квантовой теории представляют собой волновой пакет, локализованный в пространстве и времени. Но чтобы промодулировать такой пакет, нужно как-то поймать момент его прохождения через модулятор, а это далеко не тривиальная задача.

Сегодня, чтобы проследить за отдельным фотоном, обычно используют пару запутанных фотонов, одним из которых просто запускают оборудование. Но фотоны имеют длительность всего в одну десятую пикосекунды, а так быстро модуляторы работать пока не способны. Чтобы обойти эту проблему, ученые использовали ультрахолодный газ из атомов рубидия, заставляя его испускать пары запутанных фотонов со слегка отличающимися частотами. Фотон с меньшей частотой пролетал через газ почти со скоростью света и включал модулятор, а второй сильно взаимодействовал с атомами рубидия и замедлялся примерно в десять тысяч раз, растягиваясь во времени вплоть до микросекунды. Из такого "длинного" фотона обычный модулятор уже мог "вырезать" что угодно. В экспериментах ученые получали фотоны в виде пары импульсов прямоугольной формы с длительностью по пятьдесят наносекунд, фотоны с похожей на колокол гауссовой формой и ряд других.

Однако непосредственно измерить форму волнового пакета невозможно, поскольку он определяет лишь вероятность того, что фотон будет зарегистрирован в определенном месте. Поэтому, чтобы "прописать" его в эксперименте, ученые использовали множество одинаковых фотонов, следующих друг за другом. ГА

Команде астрономов, координируемой из Массачусетского технологического института, удалось заглянуть в центр нашей галактики и оценить размеры расположенного там объекта, который предположительно является гигантской черной дырой. Диаметр источника свечения оказался даже меньше, чем полагали ученые.

Согласно современным астрофизическим теориям, в центре большинства галактик находится сверхмассивная черная дыра, которую можно обнаружить по движению окружающих ее звезд и свечению поглощаемого ею вещества. Наша собственная галактика Млечный путь не является исключением, и мощный компактный радиоисточник А* в созвездии Стрельца на расстоянии 26 тысяч световых лет от Земли является хорошим кандидатом на дыру в центре галактики. Его масса, по некоторым оценкам, в четыре миллиона раз больше солнечной.

Однако надежные доказательства существования черных дыр, которые предсказываются общей теорией относительности, до сих пор не получены. Возможно, дыр не бывает вовсе, а имеющиеся наблюдения можно объяснить альтернативными теориями, которые, например, вполне обоснованно предполагают существование массивных барионных звезд.

Предыдущие наблюдения радиоастрономов за объектом А* Стрельца на волнах длиной 7 и 3,5 мм давали разные оценки его размеров. И ученые уповали на новые данные, полученные на длине волны 1,3 мм, которая значительно меньше рассеивается межзвездной средой. Чтобы добиться хорошего пространственного разрешения, была использована технология интерферометрии с очень большой базой.

Радиотелескопы, расположенные на расстоянии до четырех с половиной тысяч километров друг от друга в Аризоне, Калифорнии и на Гавайях, образовали один гигантский виртуальный прибор, разрешение которого в тысячу раз выше, чем у орбитального телескопа Хаббла, и в пять раз выше, чем во время предыдущих радиоизмерений.